风险最小化

通过将压力下的水(“水力剪切”)注入岩层中,通过在现有裂缝中引起剪切滑移来创建EGS系统。剪切力增加了裂缝的渗透性,并产生了地震振动或“感应地震”,这可以通过地震仪检测到并用于绘制EGS系统的生长图。大多数诱发的地震事件的幅度小于2.0,并且在表面上没有感觉到。但是,一些EGS项目产生的事件足够大,足以在表面上感觉到,并且还会造成较小的损坏。因此,很重要的一点是,EGS项目必须遵循准则,以评估,监测和降低表面感觉到的或潜在有害的地震风险。

国际能源机构(IEA)为美国能源部(DOE)为EGS项目采用的地热项目中的诱发地震制定了协议(Majer等,2008)。 AltaRock Energy Inc.将该协议适应了Newberry-EGS示范项目中普遍存在的地质和环境条件,并开发了针对特定地点的控制和限制程序。该计划还包括对IEA协议的完整更新,然后以草案形式出现(Majer等,2011)。

限制诱发地震的重要部分是地震监测系统的可用性。在项目开始之前,太平洋西北地震台网(PNSN)在25公里半径内只有一个区域地震测量站。为了提高覆盖率,AltaRock又增加了两个电台。他们还在EGS NWG 55-29井周围的七个地震台站附近安装了一个本地微地震网(MSA),以收集自然背景地震的数据。 AltaRock还设计了MSA,以便在创建EGS系统期间和之后进行调试。他们还在NWG 55-29东南约3公里的Paulina湖安装了一个大型运动地震仪(SMS),以测量演示是否产生了地面加速度(震动)。

除了上述地震监测之外,AltaRock还对示范区进行了详细的地质和地球物理调查。对应力状态,区域裂缝区域和裂缝模式的评估得出结论,在NWG 55-29附近没有新裂缝或任何其他形变的证据(Cladouhos等人,2011)。这些结果表明,被钻孔穿透的小裂缝的水力剪切不会触发附近任何裂缝的运动。

独立技术顾问URS Corporation(URS)在Newberry EGS示范中准备了诱发地震和地震危害的风险分析(Wong等,2010)。根据其他EGS项目的案例历史,URS对EGS示范可能引起的最大地震事件采用3.5-4.0的范围。然后,URS进行了累积概率地震风险分析,以确定自然地震和诱发地震造成的风险。

这种类型的分析将地震事件的程度与附近可能发生的地震联系起来。他们的报告得出结论,“概率地震风险分析的结果表明,基线条件(包括自然构造和火山地震的危险)之间在拉派恩,太阳河和项目所在地(NWG 55-29)的风险没有差异。 )和EGS引起的地震。”

在纽伯里(Newberry)的URS振动模型中,假设在注入孔处发生的地震事件(M)为3.5(NWG 55-29),预计拉派恩(La Pine)的最大地面加速度(PGA)为0.01重力(g),0为最大地面加速度(PGA) ,在Paulina湖的1 g PGA。对于自然地震,人类认为PGA为0.1 g时会强烈晃动,但受伤的风险很小(Wald等,1999)。但是,已经发现,由于EGS诱发的地震而引起的可察觉的震动和破坏通常要比自然事件要少(Majer等,2007)。

为了控制和限制诱发地震,该文件定义了限制“触发”,如果启用,将触发限制措施或停止注入并立即使井流以降低储层压力。这些触发在水力剪切和EGS系统创建过程中受到监控,并且基于对区域地震网络以及项目之前安装的本地网络的地震活动的实时测量。

根据事件大小或晃动,存在三个限制级别:(1)如果发生2.0≤M≤2.7的可定位地震事件,则保持流量和压力恒定,(2)减小2地震事件的流量和压力,在“强运动传感器”上发生7≤M≤3.5或0.014 g≤PGA≤0.028 g,并且(3)在发生M≥3.5或PGA≥0.028 g的地震事件时,停止灌浆并降低油藏压力。发生“强烈运动传感器”。

预定义最大幅度

最大幅度(M最大值)和地震频率是地震风险分析的两个最重要的组成部分。地震的强度与在地震事件中滑动的断裂带部分和释放的应力量(即岩石应力的减小)成比例。必须满足几个条件才能发生潜在的有害地震。必须有足够大的断裂带,岩石应力必须足够高以引起滑移,并且该断裂带必须接近运动。诱发地震的性质受现有裂缝区域和裂缝的性质和分布以及围绕泵入液体的井眼的岩石体积中的局部岩石应力场的控制(Majer等,2007)。

使用两种基本方法来估计潜在的M最大值 在Newberry,来自其他EGS项目/地热项目和理论模型的相应价值。由于当时在世界范围内开展的EGS项目很少,因此很难找到合适的类比。理论方法是由于在使用感应地震时已经获得了有关破裂特征的知识,这需要表征将在井眼周围受到影响的岩石体积。该信息在项目开始时尚不可用,但是是在进行进一步调查后获得的。

尽管在与纽伯里火山相似的条件下开发了EGS设施的地点数量有限,但在类似地质和构造条件下的地点观察到的迹象表明最大值 应该小于M 3.0(Wong et al。,2010)。在对M的更广泛评论中最大值 与其他EGS设施相比,最高观测值是在澳大利亚库珀盆地发生的M 3.7事件,没有发生破坏的报导(Majer等,2007;地球动力学储层开发经理Robert Hogarth证实,2011年6月)。第二大赛事是瑞士巴塞尔的M 3.4。

开发特定于地点的M理论模型最大值 让AltaRock进一步评估了LiDAR数据,该数据与其他参数一起导致了Newberry和M可能具有高热流的模型最大值 具有不同的水平。

三种替代方法用于评估M最大值 Newberry基于周围岩体的物理特性和建议的注入过程。这些方法提供了明确的M确定性估计最大值 用于站点估计物理参数的特定组合。

第一种方法来自Brune(1970),其基于动态电压降,该电压降控制了辐射地震波的绝对振幅和相应的地面振动。对于由半径为500 m(EGS储层建议最大尺寸的半径)和3 MPa压降的断裂带滑移引起的诱发事件,计算出的Mmax为3.89。

第二种方法基于McGarr(1976),将地震释放的地震矩之和与体积变化相关。如果注入液体,则泵入系统的体积将计数。借助3.5 GPa的地壳刚度和30,000 m的计划注入量3 对于单个裂纹,计算出M最大值 至3.28。

第三种方法来自伦纳德(Leonard,2010年),其基础是地震矩与裂缝面积,长度,宽度和平均位移之间的一组内部一致的比例关系。 M的断裂面的长度最大值事件仅限于EGS储层的目标长度1000 m。断层平面的垂直范围受NWG 55-29以下向脆性延性层过渡的深度限制,由于热流很大,该层非常浅,只有3.5 km。

使用这些约束在斜率为50°的裂缝平面上计算M最大值 至3.98。三算M最大值 值支持M的先前估计最大值 大约在3.5-4.0之间。

最终使用的方法是基于Shapiro等人开发的“地震指数”。 (2010)。 Shapiro等。 (2007年)观察到,震级大于给定值的地震次数大约与注入的流体量成正比。 Shapiro等人利用诱发事件的地震活动率和液体注入率。 (2010年)地震指数。此参数可用于比较在不同项目站点执行的注入引起的地震影响。 Shapiro等。 (2010年)的分析之所以吸引人,是因为它基于相对少量的站点特定信息提供了最大规模的概率预测。

Shapiro方法已在Paradox Valley进行的前14天注射序列数据进行了校准和测试,发现观测到的Mmax = 0.9落在预测Mmax <1.2的95%置信区域内,Mmax(4.39)和Mmax(4.3)的中位预后),在持续4年的长时间注入过程中,超过200万M3 废水倾倒也一致。

Shapiro方法应用于纽伯利(Newberry),发现纽伯利活动在50天期间内诱发M> 3.0的事件的概率小于1%,其中包括注入和压力回流(回流)。以95%概率预测最大诱发事件为M <2.2。对于大多数保守的假设,中值(概率= 0.5)Mmax小于M = 1.0。

下表是发生概率的表格。

大小可能性可能性
最低要求最大值
> 10,7%40%
> 20,1%6%
> 30,01%0,8%
> 40,002%0,09%